Ludwig-Maximilians-Universität München
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Biologie

Wenn sich die DNA frei macht

München, 04.12.2012

Das Erbgut höherer Organismen passt nur in den Zellkern, wenn es auf „Spulen“ aufgewickelt ist. LMU-Forscher haben nun einen Mechanismus gezeigt, der diese Einheiten bewegt, so dass die genetische Information nach Bedarf abgelesen werden kann.

Das Erbgut höherer Organismen liegt in extrem kompakter Form vor, um in den Zellkern zu passen. Diese hochkomplexe Struktur erreicht das fadenförmige DNA-Molekül mit Hilfe von Histon Proteinen, die sich anlagern. Etwa 200 Basenpaare, also „Sprossen“ in der DNA-Helix, wickeln sich um diese Proteine - etwa wie ein Faden um eine Spule. Eine solche Einheit wird als Nukleosom bezeichnet.

Die Nukleosomen schützen die DNA und sorgen für ihre dichte Verpackung. Einen Nachteil aber gibt es: In dieser Form ist die genetische Information auf der DNA nicht mehr zugänglich, so dass sie nicht abgelesen und in Proteine übersetzt werden kann. Weil jedes Nukleosom durch Dutzende Kontakte zwischen der DNA und den Histonproteinen extrem stabilisiert wird, ist es normalerweise fest an seinem Platz verankert.

Spulen in Bewegung

Der Zelle stehen aber Enzyme zur Verfügung, die die Nukleosomen entlang der DNA verschieben können. Ein wichtiger Vertreter dieser „nucleosome remodeling enzymes“ ist das Enzym ISWI. Das Enzym wirkt dabei als Katalysator für diesen Prozess, der auch Energie benötigt. Wie genau aber das Enzym die Verschiebung eines Nukleosoms beschleunigt, war noch weitgehend unklar.

Nach einem bislang favorisierten Modell erfolgte die Katalyse durch die Kooperation zweier Domänen des ISWI Enzyms: Mit Hilfe der ATPase-Domäne wird die nötige Energie zur Verfügung gestellt, um DNA mit Hilfe einer weiteren Proteindomäne in das Nukleosom zu ziehen. Dieses Modell konnten die beiden LMU-Forscher Dr. Felix Müller-Planitz und Professor Peter Becker nun zusammen mit ihren Mitarbeitern widerlegen.

Ein Modul für sich allein

„Bei der Fruchtfliege Drosophila konnten wir zeigen, dass alle grundlegenden Aspekte des Nukleosomenumbaus über das ATPase-Modul von ISWI laufen“, sagt Müller-Planitz. „Diese Domäne kann sogar unabhängig mit Nukleosomen assoziieren, und daraufhin ATP spalten.“ Die aus der Spaltung frei werdende Energie wird genutzt, um strukturelle Änderung um Nukleosom vorzunehmen, die letztlich zur Verschiebung des Nukleosoms führen.

„Die HSS-Domäne spielt aber trotzdem eine wichtige Rolle“, so Becker. „Sie erhöht die Affinität und Spezifität des Enzyms für die Nukleosomen.“ Die Enzyme Snf2L und Snf2H erfüllen beim Menschen eine ISWI entsprechende Funktion. Ob sie von medizinischer Relevanz sind, ist noch nicht eindeutig geklärt. Andere Proteine, die zum Nukleosomenumbau beitragen, gelten aber als wichtige Zielmoleküle in der Krebsforschung. (Nature Structural & Molecular Biology, 2.12.2012)       suwe

 

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